PDAF原理简介

1.PDAF原理

原理：是在感光芯片上预留出一些规律性对称的遮蔽像素点，专门用来进行相位检测，通过像素之间的距离及变化来决定对焦的偏移量即相位差（PD值）从而实现快速对焦。

1.1PDAF系统框图

1.2 PDAF 分类

1.2.1 单PD(shieled pixel)

屏蔽掉像素一般的感光区域（黑色部分），值获得一半信号。需要另外的像素屏蔽掉另一半 信号，得到完整的相位差信息。SP越多，对焦越快，但信号损失越严重，目前SP密度控制在1%3%。
屏蔽掉像素一般的感光区域（黑色部分），值获得一半信号。需要另外的像素屏蔽掉另一半 信号，得到完整的相位差信息。SP越多，对焦越快，但信号损失越严重，目前SP密度控制在1%3%。

1.2.2 双PD(Dual Pixel)

将同一个像素底部的感光区域（即光电二极管）一分为二，在同一个像素内即可完成相位信 息捕获。dual PD 也有叫 2PD、全像素双核对焦，这种像素覆盖率100%，所以对焦体验最佳。但由于将光电二极管一分为二，井口变小，FWC急剧衰减，dynamicrange衰减严重，拍照 非常容易过曝。三星凭借优秀的ISP和调试能力过曝控制的还可以，但金立M2017驾驭能力就稍弱了。但单从对焦来说，dual PD>2*1PD>shield pixel，这种优势尤其体现在暗环境下对焦的稳定性上，比如10lux/5lux/1lux这些极暗环境下的对焦。

使用两个光电二极管（即两个检测点）
把两个光电二极管放在一个像素井内（即成对出现 ）分别读取两个二极管内的信息（即每个只取一半）也就是说之前需要两个像素并且各遮一半才能组成一组对焦点，现在不需要了，对光线利用率也很高。对焦时开一个二极管，成像时两个二极管拼起来同时使用。使用这种方法能彻底解决掩蔽式相位对焦“挖像素”带来的掉画质问题，并且理论上可以做到所有像素都能参与对焦

优点：暗光对焦能力非常强悍 不需要额外相位对焦像素 画质表现接近反差对焦传感器 而且可以生成深度图供景深处理，是目前手机上较为理想的解决方案
缺点：全像素采样视频模式下不能相位对焦

1.2.3

简单分析三种PDAF技术：

1.shield pixel
屏蔽掉像素一般的感光区域（黑色部分），值获得一半信号。需要另外的像素屏蔽掉另一半 信号，得到完整的相位差信息。 SP越多，对焦越快，但信号损失越严重，目前SP密度控制在1%~3%。

2.super PD
将相邻的像素共用一个on chip microlens得到相位差信息，一般在Green上处理。 同样的，二合一的PD越多，对焦越快，但信号损失越严重，目前密度也控制在1%~3%

3.dual PD
将同一个像素底部的感光区域（即光电二极管）一分为二，在同一个像素内即可完成相位信 息捕获。dual PD 也有叫 2PD、全像素双核对焦，这种像素覆盖率100%，所以对焦体验最佳。但由于将光电二极管一分为二，井口变小，FWC急剧衰减，dynamic
range衰减严重，拍照 非常容易过曝。

但单从对焦来说，dual PD>2*1 PD>shield
pixel，这种优势尤其体现在暗环境下对焦的稳定性上，比如10lux/5lux/1lux这些极暗环境下的对焦。另外，即使是同一种PDAF，受microlens的设计、像素大小、用于PD的color filter、sensitivity、Fab制程等因素影响，各家的效果还是不一样。

2.高通PDAF校准流程

2.1 gain map介绍

由于shiled pixel一半被遮盖住，感光面积只有正常pixel感光能力的一半，所以感光能力要比正常的pixel感光能力弱，gainmap就是对遮蔽pixel做感光能力的补偿

2.1.2 gain map校准流程

1. 将马达推到远近焦中间位置
2. 下寄存器打开PD点
3. 自动AE到指定的曝光值
4. 取一张raw10图片
5. 调用高通的DLL计算出应该补偿的数值
6. 把增益写入OTP

有些Sensor的PD Pixel都是G Pixel，有的是R、B Pixel，有的是B、G Pixel，故不同芯片的数据左右差异大小不同。

2.2 PDAF DCC

相位视差和镜头运动之间的转换用离焦转换系数(DCC)表示，其单位为dac/pixel。

DCC为一个无符号量，以正值的形式存储在eeprom中。如果PDAF校准工具输出的DCC的值为一个负值，则会返回一个错误代码，表示校准结果无效。在sensor配置中，左右PD点配置错误可能会导致这种情况

像素的视差以像素为单位表示，计算得到的位移量是一个相对值，表示镜头需要移动多少距离，而不是表示镜头当前所在的位置，PD值有正负之分，PD值决定马达的位移方向，当PD值等于0时，图像是最清晰的

2.3 DCC Calibration

2.3.1 校准chart

DCC校整可以使用菱形chart或者条形chart进行测试
线条chart ,和菱形chart相比，条形chart可以获得更均匀的相位差数据，DCC校准Chart是校准DLL所需要输入的工具之一，对于垂直放置PD点的sensor，推荐使用水平的线条测试Chart

2.3.2 测试距离

DCC校准推荐的相机模组到测试chart的推荐距离位置在 AF_cal_inf到af_cal_near中间的位置，大多数摄像头模组设计的测试距离在20cm到30cm,在使用长焦镜头的camera模组中，这个测试距离有可能会达到2m
camera视场角覆盖测试图活动区域的85%-95%，如下图所示。

正确使用测试chart，避免DCC校准过程中的系统误差，从而导致PDAF性能问题。测试图尺寸不合适，测试图旋转/或倾斜，以及过度曝光导致常见的DCC校准错误。下图显示了正确使用测试图的例子，以及常见的测试图问题。

2.3.3 DCC校准过程

Lens从远焦移动到近焦总共移动9步，在镜头移动过程中，会获取十张图片，从这十张图片中获取十个相位差的值和10个焦距值，用这些数据进行线性回归，得到DCC值，图像被划分为6X8个区域，从而形成6X8DCCmap,如下图所示：

2.3.4 校准流程：

1. 打开PD点
2. 马达推到远近焦中间位置
3. AE曝光
4. 获取Gain map数据
5. 从远焦到近焦取十张图片
6. PDAF第二步计算DCC